PRESAS DE GRAVEDAD -...
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA FACULTAD DE INGENIER˝A E.A.P DE INGENIER˝A CIVIL PRESAS DE GRAVEDAD ING. EDGAR SPARROW `LAMO. Febrero de 2009 pdfMachine Is a pdf writer that produces quality PDF files with ease! Produce quality PDF files in seconds and preserve the integrity of your original documents. Compatible across nearly all Windows platforms, if you can print from a windows application you can use pdfMachine. Get yours now!
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA FACULTAD DE INGENIERÍA
E.A.P DE INGENIERÍA CIVIL
PRESAS DE GRAVEDAD
ING. EDGAR SPARROW ÁLAMO.
Febrero de 2009
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PRESAS DE GRAVEDAD
I. DEFINICIÓN:
Una presa de gravedad de concreto tiene una sección transversal tal que con un tope
estrecho, la presa esta parada libremente. Es decir tiene un centro de gravedad bastante bajo que la presa no se derribará sino es apoyada en los estribos. Las presas de gravedad requieren cantidades máximas de hormigón para su construcción comparado
con otros tipos de presas de concreto, y se resisten a la dislocación por la presión
hidrostática del depósito de agua. Un sitio favorable por lo general es un en una constricción en un valle donde la base está razonablemente cerca de la superficie tanto
en el piso como en los estribos de la presa. Las presas de mampostería que confiaron
en su peso para la estabilidad contra el deslizamiento y volcadura remontan de 3000 a 4000 años, tanto cara de arriba como río abajo fueron inclinadas y el espesor de la base
era muchas veces la altura. En 1872 Rankine propuso que no había ninguna tensión
extensible en una presa de gravedad. En 1895 Levy propuso que la tensión compresiva
en el material de la presa en la cara corriente arriba sea mayor que la presión del agua
en la profundidad correspondiente al depósito. El peligro de la elevación había sido
reconocido en 1882, y el peligro de deslizamiento fue destacado por el fracaso de la presa Austin, en Estados Unidos. El avance más reciente ha estado en el uso del
método de elemento finito de análisis.
El 67% de las presas son de gravedad y están hechas con hormigón ya sea con o sin armaduras de acero.
Es el tipo de muro más sencillo, se fundamenta en la resistencia que el propio peso de
la obra opone al empuje de las aguas. Su perfil es trapezoidal, y su base de cimentación, rectangular. El peso de la presa es notable y sirve para que, al
componerse con el empuje y otras fuerzas, la resultante incida francamente en el interior de la base de la presa.
Adecuadas en valles amplios, desde que la excavación sea menor de 5 a 10 m. Se
acepta desgaste limitado de la roca. Deben chequearse las discontinuidades de la roca con relación al deslizamiento. Tienen bajos esfuerzos de contacto.
Requieren de materiales que a veces toca importar como el cemento.
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Presa Limón: Ubicada sobre el curso del río Huancabamba, en el lugar denominado
Limón, a la altura del Km. 87 de la carretera Olmos � Corral Quemado.
II. FUNDAMENTO TEORICO
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1) PARTES DE UNA PRESA:
Partes que componen una represa son:
- El embalse: es el volumen de agua que queda retenido por la presa. - El vaso: es la parte del valle que se inunda y contiene el agua embalsada. - La cerrada: es el punto concreto del terreno donde se construye la presa. - La presa: es el muro que debe soportar el empuje del agua y no permitir la
filtración del agua hacia abajo.
En la presa se destacan:
- Los paramentos: el interior, que está en contacto con el agua, y el exterior. - La coronación: es la superficie que delimita la presa superiormente. - Los estribos: los laterales, que están en contacto con las paredes de la cerrada. - La cimentación: la superficie inferior de la presa, a través de la cual descarga
su peso al terreno. - El aliviadero o vertedero: es una estructura que permite descargar agua
excedente cuando la presa se llena. - Las tomas: son también estructuras hidráulicas pero de mucha menos entidad y
son utilizadas para extraer agua de la presa para un cierto uso, como puede ser abastecimiento a una central hidroeléctrica o a una ciudad.
- La descarga de fondo: permite mantener el denominado caudal ecológico
aguas abajo de la presa. - Las esclusas: que permiten la navegación "a través" de la presa.
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2) COMPORTAMIENTO DE LA PRESA DE GRAVEDAD
Son todas aquellas en las que su propio peso es el encargado de resistir el empuje del agua. El empuje del embalse es transmitido hacia el suelo, por lo que éste debe ser muy
estable capaz de resistir, el peso de la presa y del embalse. Constituyen las represas de mayor durabilidad y que menor mantenimiento requieren. Su estructura recuerda a la de un triángulo isósceles ya que su base es ancha y se va estrechando a medida que se asciende hacia la parte superior aunque en muchos casos el lado que da al embalse es casi de posición vertical. La razón por la que existe una diferencia notable en el grosor
del muro a medida que aumenta la altura de la presa se debe a que la presión en el
fondo del embalse es mayor que en la superficie, de esta forma, el muro tendrá que
soportar más fuerza en el lecho del cauce que en la superficie.
El cuerpo de las presas de hormigón, se compone de cemento, piedras, gravas y arenas, en proporciones variables según el tipo de estructura y las partes de las mismas que se
trate. La particularidad de este material, que le permite adoptar complejas formas una vez fraguado, da la posibilidad de optimizar la forma y, por lo tanto disponer el peso de una manera tal que sea mayor la capacidad de la presa en su conjunto para resistir el empuje.
El diseño de cualquier presa se puede resolver solo si se consideran tres
condiciones fundamentales: garantía de su estabilidad, control de filtraciones y
disipación de la energía en exceso del chorro vertido por la presa.
Perfil teórico. Las primeras presas de concreto se construyeron con perfiles
bastante pesados de forma trapezoidal. Este perfil se fue desarrollando con el tiempo hasta llegar a un perfil triangular que resulta mas económico y que es el usado
en la actualidad. Este perfil teórico se convierte en un perfil práctico al tener en
cuenta algunas inclinaciones y correcciones determinadas por las condiciones de trabajo y estabilidad de las presas.
El vértice del triángulo del perfil teórico se coloca al nivel normal del agua. El francés
Maurice Levy fue el primero en fijar los criterios que actualmente se siguen para el diseño y basándose en el perfil triangular propuso una sencilla formulación para el
dimensionamiento inicial de la presa. El perfil económico busca encontrar el ancho
mínimo de la presa B. Este perfil sin embargo, debe satisfacer dos condiciones:
Primero, que no haya esfuerzos de tracción en el concreto y Segundo, que haya una
suficiente estabilidad de todo el cuerpo de la presa al corrimiento por la cimentación.
La primera condición es obligatoria puesto que el concreto débilmente resiste la tracción. No es permisible la presencia de grietas en la cara de la presa sometida a la
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presión del agua puesto que esto produciría filtraciones peligrosas de agua con todas
sus posibles consecuencias negativas. Por esto, la primera condición se cumple si se adopta que estas tensiones en el cálculo sean iguales a 0. Sin embargo esta condición
no garantiza, y sobre todo para presas altas, que no aparezcan tensiones de tracción
principales mayores. Por esto hay códigos que exigen que sobre la cara a presión de la
presa, las tensiones sean iguales a 0 y que los esfuerzos de compresión sean 0.25ãwh,
(un cuarto de la presión hidrostática a la profundidad h). Si esto no se cumple se exige
una cara a presión hidroaislada. El vuelco no se suele chequear porque generalmente
no es dominante.
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UNA PRESA DE GRAVEDAD SERÁ:
- Segura contra volcadura en cualquier plano horizontal dentro de la presa. - Segura contra deslizamiento en cualquier lugar horizontal dentro de la presa. - Tan proporcionada que las tensiones aceptables tanto en el hormigón como en la
fundación no serán excedidas.
CRITERIO DE CARGA:
Dentro de las cuales se encuentran:
- La roca que constituye la fundación y estribos en el sitio es bastante fuerte para llevar las fuerzas impuestas por la presa con tensiones bajo del límite elástico en
todos los sitios a lo largo de los planos de contacto. - El poder de porte de la estructura geológica a lo largo de la fundación y estribos es
bastante grande para llevar las cargas totales impuestas por la presa sin los movimientos de roca de magnitud perjudicial.
- Las formaciones de roca son homogéneas y uniformemente elásticas en todas las
direcciones, de modo que sus deformaciones puedan ser predichas satisfactoriamente por cálculos basados en la teoría de elasticidad, por medidas de
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laboratorio sobre modelos construidos de materiales elásticos, o por las
combinaciones de ambos métodos. - El flujo de la fundación se mece bajo las cargas sostenidas que son resultado de la
construcción de la presa y el relleno del depósito suficientemente puede ser tenido en cuenta por usar un módulo algo inferior de elasticidad que de otra manera sería
adoptado para el empleo en los análisis técnicos. - La base de la presa es cuidadosamente encallada en las formaciones de roca a lo
largo de las fundaciones y estribos. - Las operaciones de construcción son conducidas para asegurar una obligación
satisfactoria entre el hormigón y materiales de roca en todas las áreas de contacto a
lo largo de la fundación y estribos. - El concreto en la presa es homogéneo en todas las partes de la estructura. - El concreto es uniformemente elástico en todas las partes de la estructura. - La distribución de las cargas en presas de mampostería pueden ser determinadas por
la traída de las deflexiones calculadas de los diferentes sistemas de transferencia de carga de acuerdo con todos los puntos conjugados de la estructura.
Presa con losa
La losa tiene la finalidad de impermeabilizar el talud aguas arriba de la Presa, para evitar filtraciones cuando se encuentre en funcionamiento.
3) CONSIDERACIONES GENERALES PARA LA UBICACIÓN DE LA PRESA
- Consideraciones topográficas
La presa debe tener la menor longitud posible, lo cual se logra ubicándola en
cañones estrechos. En este caso la presa resultante suele ser de mayor altura para lograr el embalsamiento necesario que si se ubica en valles amplios. Cañones
estrechos también dificultan la desviación del cauce para la construcción de
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las obras resultando que las ataguías y conducciones son más costosas y difíciles
de construir. Es conveniente ubicar la toma de agua en la parte externa de la curva del cauce en caso de que la presa se sitúe en un tramo curvilíneo. Un valle amplio
permite la construcción de las obras en etapas. Si existe un rápido en el cauce, resulta mejor localizar la presa aguas arriba de él, en zonas de más bajas
pendientes. En cauces navegables, la presa debe tener la longitud suficiente para ubicar el vertedero, las esclusas de navegación, y las escalas para peces.
- Consideraciones geológicas
La ubicación de la presa se fija por la necesidad de aprovechar una buena
cimentación o estribación. Así mismo, se requiere estabilidad de las laderas del
embalse creado.
- Consideraciones hidrológicas
La disposición rectilínea de la presa se usa cuando con ella se logra suficiente
longitud del vertedero pues da menor longitud y menores costos. En caso contrario se puede pensar en alineamientos curvos, tipo abanico, que permiten tener longitudes del frente vertedero mayores y así poder disminuir la carga de agua sobre
la estructura y disminuir altura total de presa. Es conveniente usar la disposición rectilínea en el caso de presas bajas
localizadas en ríos de aguas limpias en que no se tema por sedimentos que
produzcan islotes de forma que en épocas de estiaje no se logre la derivación del
agua. - Consideraciones hidráulicas
El sitio escogido debe facilitar la desviación del cauce durante la
construcción de las obras y la derivación del río durante la operación del
proyecto. Si el cauce es navegable, la presa debe tener la longitud suficiente de forma que se pueda ubicar el vertedero y las esclusas.
- Consideraciones estructurales
La disposición curva de la presa aumenta la distribución de los esfuerzos hacia los estribos pero resulta más difícil constructivamente.
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- Consideraciones generales
Se busca ubicar la presa próxima al sitio de suministro. Esto no siempre es
conveniente. Por ejemplo: la altura de carga sobre las turbinas puede mermar a medida que se acerca la presa a la casa de máquinas. Para compensar esto, tocaría aumentar la altura
de la presa. Cuando la solución no es obvia, se requiere hacer la comparación
técnica y económica considerando aspectos tales como la altura de la presa, la longitud, tipo y dimensiones de la conducción, pérdidas de carga y altura de
presión disponible.
4) CIMENTACIÓN DE LAS PRESAS
Base de la presa
El área de la fundación de la presa se debe limpiar totalmente removiendo todos los árboles, malezas, raíces, piedras, tierra vegetal, basuras, materiales permeables, etc.,
hasta llegar a una capa de suelo resistente y adecuada. La superficie obtenida para la fundación deberá ser escarificada antes de comenzar a construir el terraplén.
- La cimentación debe proporcionar un apoyo estable para el terraplén en todas sus
condiciones de carga y saturación.
- Debe tener resistencia a la filtración para evitar daños por erosión y pérdidas de agua.
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- El área de fundación correspondiente a cauces de arroyos deberá ser limpiada,
profundizada y ampliada hasta remover todas las piedras, grava, arena, y cualquier material indeseable. La limpieza de los cauces se efectúa
profundizando de manera que los taludes de la excavación sean estables.
- Cuando se encuentre roca durante la preparación de la fundación, es importante que
ésta quede perfectamente limpia removiéndose de su superficie toda costra o
fragmento de roca. Para esta operación no se podrá emplear ningún tipo de
explosivos.
- Es importante que se realice simultáneamente la preparación de la fundación y la
excavación para la tubería de toma de agua de acuerdo con las pendientes y
dimensiones mínimas indicadas en planos.
- En esta etapa de la construcción es importante tomar todas las previsiones para
controlar el agua hasta que se concluya la obra.
5) FUERZAS ACTUANTES SOBRE LAS PRESAS DE CONCRETO
Sobre una presa actúan tres tipos de cargas: las cargas principales, las cargas secundarias y
las cargas excepcionales. 1) LAS CARGAS PRINCIPALES: Son las que siempre actúan sobre la estructura y son tres:
- Carga de agua:
Es debida a la distribución hidrostática de presión y tiene una resultante
horizontal de la fuerza P1. También existe componente vertical en el caso de que el
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espaldón de aguas arriba tenga un talud y las cargas equivalentes aguas abajo operasen en el espaldón respectivo).
- Carga del peso propio:
Se determina para un peso específico del material. Para un análisis elástico simple
se considera que la fuerza resultante P2 actúa a través del centroide de presión
- Carga de infiltración:
Los patrones de infiltración de equilibrio se desarrollarán dentro y por debajo de la
presa, por ejemplo, en los poros y las discontinuidades, con una carga resultante vertical identificada como un empuje externo e interno.
2) LAS CARGAS SECUNDARIAS: Pueden ser temporales o no presentarse durante la vida útil de la obra. Estas fuerzas son:
- Carga de sedimentos:
Los sedimentos acumulados generan un empuje horizontal, considerado como una carga hidrostática adicional
- Carga hidrodinámica de ondas:
Es una carga transitoria generada por la acción de las ondas sobre la presa
(generalmente no es importante).
- Carga de hielo:
Se puede desarrollar en condiciones climáticas extremas (generalmente no es
importante).
- Carga térmica (presas de concreto):
Es una carga interna generada por las diferencias de temperatura asociadas con los cambios en las condiciones ambientales y con la hidratación y enfriamiento del
cemento.
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- Efectos interactivos:
Son internos, surgen de las rigideces relativas y las deformaciones diferenciales de una presa y su cimentación.
- Carga hidrostática sobre los estribos:
Es una carga interna de infiltración en los estribos en una roca maciza. (Es de
particular importancia en las presas de arco o de bóveda).
3) LAS CARGAS EXCEPCIONALES: Se presentan durante eventos extremos:
- Carga sísmica:
las cargas inerciales horizontales y verticales se generan con respecto a la presa y al agua retenida debido a movimientos sísmicos
- Efectos tectónicos:
La saturación o las perturbaciones producidas por excavaciones profundas en rocas,
pueden generar cargas como resultado de movimientos tectónicos lentos.
La decisión de considerar todas las cargas secundarias y excepcionales o una combinación de ellas depende de la experiencia del ingeniero diseñador, de la
importancia de la obra, y de su localización.
Los diseños deben basarse en la más desfavorable combinación de condiciones
probables de carga. Debe incluirse solo aquellas combinaciones de carga que tienen probabilidad razonable de ocurrencia simultánea.
6) COMBINACIÓN DE CARGAS
Las presas de gravedad deben ser diseñadas para una combinación adecuada de cargas
que tengan en cuenta las condiciones mas adversas que tengan posibilidad de ocurrencia Simultánea. La siguiente tabla resume las combinaciones de carga propuestas productos de prácticas representativas en EUA y Reino Unido. Su uso
no es limitante sino que cada ingeniero debe decidir a discreción las combinaciones de
carga que mejor reflejen la situación de cada presa, incluyendo por ejemplo, carga muerta
y embalse vacío.
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7) INDICADORES MECANICOS DE LA PRESA
1. PÉNDULOS
Los péndulos directos e invertidos se utilizan para la medida de movimientos horizontales en estructuras. Su fiabilidad, precisión y excelente comportamiento a
largo plazo, los han hecho prácticamente imprescindibles para el control de
desplazamientos horizontales en presas de hormigón.
- PÉNDULOS DIRECTO
El péndulo directo permite medir movimientos horizontales de la estructura
relativos a su punto superior. Consta de un hilo de acero situado en un pozo vertical, anclado en su extremo superior a la estructura y en su extremo inferior a un peso con aletas inmerso en un depósito relleno de aceite. Esta disposición asegura la
verticalidad del hilo.
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- PÉNDULO INVERSO
El péndulo invertido permite medir movimientos respecto a su punto inferior.
Consta de un hilo de acero inoxidable cuyo extremo inferior está unido a un anclaje
ubicado en el interior de un sondeo vertical, y cuyo extremo superior se fija a una unidad de flotación solidaria a la estructura. La unidad de flotación está formada por
un recipiente con un flotador en baño de aceite y está diseñada de tal forma que permite mantener el hilo en tensión sin que el movimiento de la estructura altere su
posición
Esquema del péndulo inverso
2. MEDIDORES TRIDIMENSIONALES DE JUNTAS. DEFORMETROS
Para estudiar los desplazamientos relativos entre bloques, en las intersecciones de las juntas que cortan a la galería de inspección, se utilizan medidores de juntas
tridimensionales, también llamados deformetros. Utilizados para el control de juntas
de dilatación en estructuras de hormigón, control de fracturas en rocas y en general aquellas obras como presas, puentes, etc., en las que se requiere un control preciso de deformaciones.
Medidor de juntas electromecánico
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Los valores obtenidos servirán para contrastar los conseguidos por otros métodos de
auscultación
3. CABEZALES DE DRENES
Los drenes se utilizan normalmente para controlar las sub.-presiones en el cimiento de las presas. Dentro de la auscultación hidráulica es un dato esencial ya que
permite conocer la eficacia de la red de drenaje y el comportamiento de la pantalla de impermeabilización y la ley de sub.-presiones en las secciones controladas. Estos cabezales disponen de una llave de tres vías, con posiciones de cerrado (no
permitiendo drenaje), abierto (drenando) y de lectura, de forma que cuando existe presión en el dren este efectúe la medida con un manómetro. Los tubos y piezas de
unión hasta el tubo del dren son de PVC, cortados y acoplados a medida para llevar
agua hasta la canaleta de la galería.
Cabezal de dren
Para realizar las medidas cada equipo lleva incorporado un manómetro, roscado en
la parte superior del cabezal, de modo que se pueden obtener directamente las subpresiones en ese punto (en Kg/cm2) con solo girar la llave a la posición de
lectura.
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4. BASES GEODÉSICO-TOPOGRÁFICAS PARA CONTROL DE
MOVIMIENTOS EN CORONACIÓN.
- Base fija de estación:
Está constituido por un pilar de hormigón armado anclado en una zapata
cuadrada también de hormigón armado.
- Bases para mira móvil de colimación y señal de nivelación.
La base de nivelación consiste en un perno esférico de diámetro 18 mm. en
acero inoxidable, atornillado y soldado a la parte central del fondo de una arqueta cilíndrica de chapa de acero cinchado de diámetro exterior 115 mm.
y 60 mm. De altura. La arqueta irá provista de una tapa de acero rilsinizado color gris, roscada a la arqueta y con dos taladros en la parte superior para el anclaje de la llave de apertura. En la coronación de la presa la arqueta va empotrada en el suelo, y la tapa
queda enrasada con la superficie adyacente.
- Mira móvil y fija de colimación.
El sistema de colimación se basará en la utilización de dos miras portátiles :
una fija y otra móvil y un teodolito o colimador para visualizarlas La mira móvil consta de una placa de puntería, pintada de blanco y negro , con posibilidad de desplazamiento horizontal mediante tornillos micrómetros
, y de una reglilla graduada de 100 mm. Con una apreciación de la décima de
mm. El conjunto estará montado sobre un soporte con 3 apoyos
semiesféricos que encajan en la base, siempre en la misma posición. La mira fija dispondrá de una placa rectangular, idéntica a la anterior, pero
sin posibilidad de movimiento sobre el soporte, y montada sobre una base en 3 apoyos semiesféricos que aseguren el asiento siempre en la misma
posición.
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Mira fija
5. AUSCULTACIÓN HIDRÁULICA
Las filtraciones se producen debido al contacto del agua con la presa, la cual se filtra a través del material. En las presas de tierra o escollera, debido al material que constituye la presa deben tener una mayor vigilancia. El aforador de filtraciones es, sin duda, el mejor indicador del comportamiento general de la presa. Su importancia reside en el hecho de que la filtración es una
magnitud integral y, por tanto, refleja el comportamiento de toda la presa y no solo las situaciones puntuales. El caudal de filtraciones debe medirse a intervalos regulares, analizando el agua de filtración por si hay decoloración o turbiedad o por si se registra un aumento
anormal durante las rutinarias visitas de inspección. En el interior de la presa se crea una presión intersticial cuya componente vertical
produce una fuerza contraria al peso, que es desestabilizadora por ello se miden las presiones intersticiales en los materiales de la presa y del cimiento de la presa para conocer si la distribución de presiones intersticiales y de subpresiones está conforme
con lo previsto. El equipo empleado en estos sistemas de medida puede variar desde unos sencillo pozos para observar el nivel freático hasta sofisticadas boquillas para medir
presiones que proporcionan registros de presiones en lugares concretos Por razones exclusivamente de explotación, en todas las presas se mide continuamente el nivel de embalse. Es necesario saber su valor en cada momento para poder conocer el volumen de agua embalsada y que sirva de complemento a otro tipo de auscultación.
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En las regiones en donde las temperaturas alcanzan habitualmente temperaturas muy bajas, puede existir penetración de las heladas en las presas de materiales
sueltos en una profundidad de varios metros y afectar a la parte superior del núcleo
impermeable, compuesto generalmente por materiales susceptibles a las heladas. Debe medirse la profundidad que ha alcanzado la helada así como los
levantamientos por congelación del terreno.
6. AUSCULTACIÓN TÉRMICA
La medición de temperaturas, tanto del ambiente como del interior de la presa, tiene
una gran importancia en el cálculo de tensiones en las presas de hormigón. El
hormigón en masa está especialmente sometido a las tensiones inducidas por la
temperatura derivada de la expansión o retracción, cuando los parámetros de la
presa están expuestos directamente a la luz solar en épocas calurosas o a la presencia del viento muy frío. Para la medición de temperaturas en el interior de las
presas de hormigón y para conocer su distribución durante las fases de construcción
y explotación, se dejan embebidos termómetros de resistencia fundamentalmente en los bloques de mayor altura y en los dos bloques de los estribos.
7. AUSCULTACIÓN SÍSMICA
En todas las grandes presas deben instalarse dispositivos para medir la actividad sísmica. Los aparatos sísmicos (sismógrafos) se utilizan tanto en las presas de hormigón como en las de materiales sueltos para controlar los efectos de las
vibraciones naturales (terremotos) como las vibraciones provocadas por actividades humanas (voladuras). Tales vibraciones podrían provocar deformaciones excesivas
o una licuefacción en una presa de materiales sueltos o en sus cimientos, lo que
supondría una drástica disminución de la seguridad y a un aumento de la filtración.
Los terremotos pueden causar también inestabilidad de los estribos o laderas del
embalse. La mayor parte de la instrumentación sísmica consiste principalmente en
dispositivos para registrar fuertes sacudidas (acelerógrafos) que miden la
aceleración del terreno en dos o más planos. Estos aparatos consisten en una base
embebida en una parte de la presa y en un acelerómetro u otros dispositivos de
identificación del movimiento que registra la magnitud de la vibración de modo
continuo durante un periodo de tiempo dado. Algunos aparatos funcionan de forma continua, mientras que otros requieren una ligera vibración para empezar a
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funcionar. Por lo general, se instala un sismógrafo en las proximidades de la base de
la presa para registrar el seísmo y su respuesta.
8. AUSCULTACIÓN DEFORMACIONAL Y TENSIONAL
La medida de los movimientos de traslación se lleva a cabo normalmente utilizando cierto tipo de técnicas topográficas. Todos los aparatos usados para este propósito
tienen características comunes. Requieren ser altamente sensibles, una cuidadosa
instalación de los puntos de medición y una gran precisión al hacer las observaciones. Las medidas de los movimientos de traslación horizontal requiere generalmente el
uso de teodolitos de precisión, un distanció metro, péndulos o clinómetros. En el
muro se disponen los medios de observación instalando puntos o dianas permanentes en la coronación, y/o en los paramentos durante o inmediatamente
después de la construcción. También se disponen hitos de referencia en los estribos
o en lugares suficientemente alejados de la presa para que no estén afectados por las
deformaciones próximas que puedan producir la presa o embalse.
El método topográfico utilizado para este tipo de control es el de colimación. Este
método consiste en estudiar el desplazamiento de cada uno de los bloques que
configuran la presa independientemente. Se estaciona el teodolito en el hito topográfico existente en uno de los estribos de la presa. Primeramente visaremos a
la mira fija situada en el estribo contrario de la presa. Hecha esta visual, y fijando el tornillo del movimiento horizontal visaremos a una mira fija que iremos situando en las bases existentes en cada uno de los bloque que conforman el muro de la presa. Mediante un micrómetro acoplado en la parte inferior de estas la desplazaremos
hasta hacer puntería. La medición de movimientos verticales tales como asientos o levantamientos puede llevarse a cabo con una nivelación topográfica o mediante dispositivos especiales
colocados verticalmente. Los sistemas horizontales que miden asientos verticales están compuestos por aparatos basados en los vasos comunicantes.
El asiento o levantamiento total puede determinarse rápidamente mediante
observación de las dianas situadas en la presa, refiriéndolas a los hitos situados
fuera de la estructura. Las diferencias de cota que ocurren a lo largo del tiempo pueden determinarse fácilmente. Obviamente es importante determinar la cota
inicial de los puntos de medida con gran precisión, de modo que sirva de referencia
para comparar con ellas las cotas futuras determinadas en posteriores mediciones.
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Los movimientos relativos de una parte del muro o estructura de hormigón respecto
a otra parte de las mismas o del cimiento, se miden generalmente mediante distintos tipos de aparatos de medida de deformaciones. Tales aparatos son los medidores de juntas, extensómetros y otras clases de aparatos de control de fisuras.
9. AUSCULTACIÓN GEODÉSICA
Las medidas geodésicas fueron las que primero se utilizaron para controlar el
comportamiento de una presa. Utilizando un equipo topográfico de cierta precisión,
el método en el paramento de aguas abajo de la presa, desde puntos supuestamente fijos situados aguas abajo de la estructura. De este modo se obtienen, después de
cálculos laboriosos básicamente, los mismos resultados que los obtenidos con los
péndulos. Este tipo de observaciones tiene por objeto la medición de corrimientos en diversos
puntos de los paramentos, fundamentalmente en el de aguas abajo, pues el otro está
cubierto por el agua en largos periodos, precisamente cuando, al estar cargada la presa, puede tener más interés la medición de sus corrimientos.
El método consiste en medir ángulos de visuales a diversos puntos desde unos
puntos fijos de observación. Desde varias estaciones de observación en las laderas,
aguas abajo de las presas y a suficiente distancia de ella, para que no puedan ser afectadas por sus movimientos y los de los cimientos. Cuando esto no es posible de manera suficiente, las posiciones de estas estaciones se refieren, a su vez, a puntos más lejanos que puedan considerarse como fijos y poder corregir posibles movimientos de aquellas.
En cada estación hay un bloque de hormigón dispuesto para colocar el teodolito en
un punto perfectamente definido en sus tres coordenadas (x, y, z ). Las estaciones deben estar cubiertas y cerradas lateralmente para aislarlas de los efectos de elementos ambientales externos, aunque, por supuesto, la visual ha de hacerse sin interferencias de un cristal en las ventanas u otros.
Los puntos de medición se distribuyen por el paramento y las laderas. Para que sean
localizadas a distancia, los puntos, señalados con un clavo, se enmarcan con un
círculo, cuyo centro es el punto a observar.
Como estas operaciones son lentas y complicadas, y requieren una elaboración
posterior, se comprende que se hagan con intervalos de meses. Por ejemplo, una campaña en la estación fría y otra en la caliente, y a veces las intermedias.
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Para mayor precisión se suelen estas observaciones hacer de noche, para evitar las
distorsiones accidentales debidas a la insolación parcial de la presa, la refracción
atmosférica y la reverberación. La presa deberá estar bien iluminada, pero no solo
para eso, sino como principio general de buena vigilancia, pues, además de para las
mediciones, es muy importante para la visión directa, que permite observar
defectos, filtraciones, etc.
8) IMPACTO AMBIENTAL DE PROYECTOS DE APROVECHAMIENTO DE
RECURSOS HIDRÁULICOS
La construcción de obras hidráulicas impone la alteración del conjunto de la
cuenca hidrográfica en la que se asienta. Esto supone alteraciones de tipo ambiental que deben ser estudiadas y evaluadas desde el punto de vista técnico,
ambiental y económico.
El estudio de efecto ambiental está orientado a determinar y valorar la
trascendencia de las modificaciones ocasionadas en el medio por la construcción
de la obra hidráulica. Preguntas básicas que debe resolver un estudio de impacto
ambiental son:
· ¿Qué elementos constituyen el proyecto?
· ¿Qué elementos constituyen el ecosistema potencialmente afectado?
· ¿Cuál será el impacto de las obras sobre los elementos constitutivos del ecosistema?
· ¿Qué medidas tomar para minimizar o mitigar los efectos ambientales negativos?
· ¿Qué pasó realmente?
- LA INFORMACIÓN SOBRE EL PROYECTO INCLUYE:
· Localización
· Descripción del proyecto
· Obras constitutivas
· Estado legal del proyecto
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- LA INFORMACIÓN AMBIENTAL COMPRENDE:
· Componente biótico
Fauna, Flora
· Componente abiótico
Suelos, Agua, Aire, Paisaje
· Componente humano
Condiciones de vida de la población, Servicios públicos, Patrones culturales, Recursos históricos
El impacto de las obras sobre el ecosistema se debe evaluar para determinar los efectos directos e indirectos sobre el ecosistema, especificando si son positivos, negativos o no representan incidencias sobre la zona estudiada.
III. APLICACIÓN
Diseñar la presa de gravedad de concreto para una altura de 16.8m de la pantalla,
construidas sobre una cimentación de roca. Realizar las respectivas verificaciones de
estabilidad (volteo, deslizamiento, etc) Datos:
3/1000 mkgagua ,
3/2400 mkgconcreto , 2/75.2 cmkgsuelo
Coeficiente de seguridad para volteo > 1.3 (Para no considerar fuerzas de sismo y hielo).
Parámetros de seguridad para deslizamiento:
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Material
Coeficiente de seguridad contra deslizamiento (f)
Concreto sobre concreto 0.65-0.8 Concreto sobre roca profunda, sup. limpia e irregular 0.8 Concreto sobre roca y algunas laminaciones 0.7 Concreto sobre grava y arenas gruesas 0.4 Concreto sobre arena 0.3 Concreto sobre esquistos 0.3
Solución:
1. Predimensionamiento.
Talud aguas arriba recomendado 10 grados de inclinación de pantalla y longitud de base:
H
0.7 @ 0.9 H
2. Cálculo de las cargas Actuantes y Resistentes:
De la siguiente figura se observa las cargas actuantes y resistentes:
mmxL
HL
12.158.169.0
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2.91 13.89
16.80
p=?H
EMPUJE
Wc1 wc2
PAC
R
39°
H/3
21
a) Cálculo del peso de la presa por metro de longitud:
kgmkgWc 57618)3/2400)(1)(50.16)(91.2)(5.0(1 kgmkgWc 236412)3/2400)(1)(50.16)(94.11)(5.0(2
kgWtotal 294030
b) Calculo del empuje activo del agua
kgH
Wc 1361252
)5.16)(1000(
21
22
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c) Calculo de la supresión del agua-suelo
mkgHL
U /122513)5.0)(85.14)(5.16)(1000(2
d) Calculo del omento actuante o momento de volteo:
mkgMact
Mact
UEmpujeMact
1989039
)9.9)(122513()5.5)(141120(
)9.9()5.5)((
e) Calculo del momento Resistente:
mkgMresit
Mresit
WWMresit
2625688
)96.7)(236412()91.12)(57618(
)96.7)(2()91.12)(1(
f) Verificación del factor de seguridad para el volteo:
33.11989039
2625688
2.1
Fvolteo
Mact
MresitFvolteo
g) Verificación de la resistencia del lecho :
Primero tenemos que determinar la excentricidad y la cual debe estar dentro del tercio central de la represa
W
Mle
2 me 66.0
294030
1989039
2
85.14
La cual esta contemplada dentro del tercio central de la base.
2/452.185.14
66.061
85.1410000
29403061
10000min cmkg
x
xL
e
L
W
2/51.285.14
66.061
85.1410000
29403061
10000max cmkg
x
xL
e
L
W
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Como la resistencia del terreno es de 2.75kg/cm2 entonces el bloque trabajara sin problemas de asentamientos. h) Verificación del factor de seguridad para deslizamiento:
UW
Pf
subpresionU
presapesow
EmpujeP
.
Por lo tanto:
73.0122513294030
136225
f
Por lo tanto el coeficiente de deslizamiento esta cerca del valor enmarcado dentro de los datos del problema. De esta manera se comprueba la estabilidad de la pantalla de la presa de gravedad. ante las diversas solicitaciones.
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IV. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
- Colegio de Ingenieros de Caminos. Monografía: Auscultación de Presas y sus Cimientos. - García de Diego, J.A. Presas Antiguas de Extremadura. - Santos Mora, A. Replanteo y Control de Presas de Embalse. - Vallarino Canovas, E. Tratado Básico de Presas. - hhttp//www.bme.es/juntaex/consejerías/obraspúblicas.
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